Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к многокамерным жидкостным ракетным двигателям, выполненным по закрытой схеме, с дожиганием газогенераторного газа, работающим на окислителе и на углеводородном горючем.
Регулируемый жидкостный ракетный двигатель (рис. 1…4) содержит не менее двух камер сгорания 1, закрепленных на раме 2. Для примера приведен двигатель с двумя камерами сгорания 1 с соплами 3. Сопла 3 выполнены с регенеративным охлаждением, образованным зазором «Б». Регулируемый жидкостный ракетный двигатель имеет один общий для всех камер сгорания 1 турбонасосный агрегат 4, содержащий в свою очередь, газогенератор 5, турбину 6, насос окислителя 7, насос горючего 8 и дополнительный насос горючего 9. Выход из турбины 6 через выхлопной коллектор турбины 10 и блок газоводов 11 соединен с камерами сгорания 1.

Двигатель содержит три силовых плиты: верхнюю 12, среднюю 13 и нижнюю 14. Верхняя силовая плита жестко закреплена на камерах сгорания 1.

Концентрично каждому соплу 3 на средней силовой плите 13 установлена верхняя сопловая насадка 15. На нижней силовой плите 14 установлена нижняя сопловая насадка 16. На верхней силовой плите 12 каждого сопла 1 установлено по две пары приводов 17, имеющий исполнительный механизм 18, выполненный в виде электродвигателя 19, соединенного валом 20 с червячным редуктором 21 и винтовой передачей 22, которая содержит винт 23 и гайку 24, закрепленную в центре средней силовой плиты 13 и нижней силовой плиты 14. Пары приводов 17 целесообразно расположить относительно друг друга во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Винт 23 выполнен заодно в ведомым валом 25, который установлен в центраторе 26, выполненном в виде втулки, охватывающей вал 25, и уплотнен уплотнением 27. Приводы 17 закреплены на верхней силовой плите 12, закрепленной, в свою очередь на камере (камерах) сгорания 1. Между соплами 3 и сопловыми насадками 15 и 16 предусмотрены конические уплотнения 28 из высокотемпературного материала. Полость «В» червячного редуктора 21 заполнена высокотемпературной смазкой.

Двигатель может быть оборудован устройством синхронизации 29, который электрическими связями 30 соединен с блоком управления 31 и всеми электрическими двигателями 19. ТНА 4 может быть оборудован бустерным насосом окислителя 32 и бустерным насосом горючего 33. На двигателе может быть установлен теплообменник 34 (рис. 4).

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖРД
Тяга двигателя (двухкамерного) земная, тс 1000
Тяга двигателя, пустотная, тс 1250
Давление в камере сгорания, кгс/см2 500
Давление на выходе из насоса окислителя, 700
Давление на выходе из насоса горючего, 750
Давление на выходе из дополнительного насоса горючего, 990
Компоненты ракетного топлива
Окислитель жидкий кислород
Горючее керосин
Масса двигателя, сухая, кг 1700
РАБОТА ЖРД
При запуске ЖРД с блока управления 31 подается команда на клапаны и регуляторы двигателя (на рис. 1…4 клапаны и регуляторы не показаны). В газогенератор 5 подается окислитель и горючее, Окислитель и горючее поступают на вход в насосы окислителя 7, насос горючего 8 и дополнительного насоса горючего 9, потом окислитель и горючее подаются в газогенератор 5, где воспламеняется. Газогенераторный газ и горючее подается в камеры сгорания 1, где смесь воспламеняется (на рис. 1…4 система воспламенения не показана). Двигатель запустился.
После набора ракетой определенной высоты (например Н = 5…7 км) подают сигнал на исполнительный механизм 18, конкретно на электродвигатель 19, который приводит во вращение червячный редуктор 21 и далее винт 23, при этом средняя силовая плита 15 с верхними сопловыми насадками 16 перемещается в крайнее нижнее положение. Длина сопел и степень расширения продуктов сгорания в них увеличивается. Продукты сгорания, вытекающие из сопел дополнительно расширяются в сопловой насадке до давления окружающей среды, создавая дополнительную силу тяги без увеличения расхода топлива. Это приводит к улучшению удельных характеристик ЖРД на средних высотах примерно на 10…15 %.
После выхода ракеты в космос подают сигнал на исполнительный механизм 18, конкретно на электродвигатель 19, который приводит во вращение червячный редуктор 21 и далее винт 23, при этом нижняя силовая плита 14 с нижними сопловыми насадками 16 перемещается в крайне нижнее положение. Длина сопел и степень расширения продуктов сгорания в них увеличивается. Продукты сгорания, вытекающие из сопел дополнительно расширяются в сопловой насадке до давления окружающей среды, создавая дополнительную силу тяги без увеличения расхода топлива. Это приводит к дополнительному улучшению удельных характеристик ЖРД на очень больших высотах дополнительно на 8…10 %.
Конструкция исполнительного механизма 19, выполненная в виде электродвигателя позволяет при его небольшой мощности создать значительное усилие, необходимое для перемещения верхней и нижней силовой плиты 13 и 14. Нижняя силовая плита перемещается без перекоса, т. к. вал 25 центрируется в центраторе 26, винт 23, выполненный с ним заодно – центрируется в гайке 22, установленной строго перпендикулярно верхней и нижней силовой плите 13 и 14. Механизм фиксации в конструкции двигателя, предотвращающий обратное перемещение сопловых насадок не требуется, т. к. червячный редуктор 21 не допускает обратного хода при осевой нагрузке на ведомый вал 25.
При выключении двигателя прекращают подачу окислителя и горючего.
Применение изобретения позволило:
1. Обеспечить высокие технические характеристики многокамерных ЖРД в широком диапазоне режимов его работы на различной высоте за счет ступенчатого изменения степени расширения сопел двигателя.
2. Обеспечить надежное выдвижение и надежную фиксацию двух сопловых насадок для каждого сопла в крайнем нижнем положении без применения механизма фиксации.
3. Исключить перекос при выдвижении сопловых насадок в нижнее положение за счет большой длины винта, его центрирования в центраторе и в гайке и за счет применения механизма синхронизации для каждой пары приводов.
4. Обеспечить герметичность стыка сопловых насадок с соплами за счет применения конического высокотемпературного уплотнения.

Автор статьи:Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович